CN208781779U - 一种电压暂降保护设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电压暂降保护设备，包括第一电容、MOS管、控制单元及交流接触器；所述第一电容跨接于直流电源两端；所述交流接触器与MOS管串联并跨接于第一电容两端；所述控制单元包括使能端、控制单元第一输入端、控制单元第一输出端、或逻辑模块、脉冲发生模块及峰值电流控制模块；所述脉冲发生模块包括非门、延时电路及与门，以产生延时脉冲信号启动交流接触线圈；所述峰值电流控制模块包括第一三极管、第一电阻、比较器、锁存器、时钟发生器及或非门，当使能端为高电平，控制单元采集控制单元的第一输入端的电流进行闭环动态控制，控制单元的第一输出端输出脉冲信号。当发生电压暂降时，动态环路能维持交流接触线圈所需的电流，使得发生电压暂降时交流线圈能够正常工作，以简化电路的构造，降低成本。

Description

一种电压暂降保护设备

技术领域

本实用新型涉及接触器控制系统技术领域，具体涉及一种电压暂降保护设备。

背景技术

电压暂降一般是由电网、变电设施的故障或负荷突然出现大的变换所引起的，如果电压暂降的时间过长，会导致设备非正常停机，造成巨大的损失；交流接触器可以用来接通或分断带负载的交流主电路或大电容的控制电路；当厂用交流电网发生电压暂降时，交流接触器的线圈会出现欠压或失压脱扣动作，进而引起接触器主触点释放。

目前，在现有技术中已研发出了多种能够防止接触器线圈在发生电压暂降导致其主触点释放的电压暂降保护设备，主要包括EMI滤波单元、单向整流滤波单元、单片机控制电路、驱动放大单元和DC/DC变换电路五个部分。

其中，单片机控制电路是通过采用STM32F101RBT单片机与电压电流采样电路构成核心控制单元为软件控制方式。

但是，上述的控制方式存在一下缺陷：(1)需要运放等复杂的电压电流采样电路，构造复杂；(2)需要额外的单片机以及3.3V或5V的供电电源，增加成本；(3)需要软件人员参与、编写软件和做软件相关方面的认证，降低了研发和投入市场的速度。

综上所述，现有技术中的关于控制电路的技术方案仍有待改进。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服背景技术中存在的上述缺陷或问题，提供一种电压暂降保护设备，以简化电路的构造，降低成本，进而使得产品能够更快地投入市场使用。

为达成上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种电压暂降保护设备(第一技术方案)，包括第一电容、MOS管、控制单元及交流接触器；所述第一电容跨接于直流电源两端；所述交流接触器与MOS管串联并跨接于第一电容两端；所述控制单元包括使能端、控制单元第一输入端、控制单元第一输出端、或逻辑模块、脉冲发生模块及峰值电流控制模块；所述或逻辑模块包括或门，所述或门上设有或门第一输入端、或门第二输入端及或门输出端；所述脉冲发生模块包括非门、延时电路及与门；所述非门的输入端与使能端连接，非门的输出端与延时电路的输入端连接；所述延时电路的输出端与与门的第二输入端连接，与门的第一输入端与使能端连接，与门的输出端与或逻辑模块的第一输入端连接；所述峰值电流控制模块包括第一三极管、第一电阻、比较器、锁存器、时钟发生器及或非门；所述第一三极管的基极与使能端连接，其发射极通过第一电阻连接基准电压及比较器的第一输入端，其集电极接地；所述比较器的第二输入端与控制单元的第一输入端连接；所述控制单元的第一输入端与MOS管的源极连接；所述锁存器的第二输入端与比较器的输出端连接，所述锁存器的第一输入端与时钟发生器及或非门的第一输入端连接；所述或非门的第二输入端与锁存器的输出端连接，所述或非门的输出端与或逻辑模块的第二输入端连接；所述或逻辑模块的输出端与控制单元的第一输出端连接。

基于第一技术方案，还设有第二技术方案，在第二技术方案中，所述的一种电压暂降保护设备：还包括驱动放大单元，其包括驱动放大单元第一输入端、驱动放大单元第一输出端、第二电阻、第二三极管、第三三极管、第三电阻、第四电阻及第一稳压二极管；所述第二电阻的一端与驱动放大单元第一输入端、第二三极管的基极及第三三极管的基极连接，所述第二电阻的另一端与电源连接；所述第二三极管的集电极与电源连接，其发射极与第三电阻的一端及第三三极管的集电极连接；所述第三三极管的发射极接地、第四电阻的一端及第一稳压二极管的阳极；所述第三电阻的另一端与第四电阻的另一端及第一稳压二极管的阴极及驱动放大单元第一输出端连接；所述驱动放大单元第一输入端与控制单元第一输出端连接，所述驱动放大单元第一输出端与MOS管的栅极连接。

由上述对本实用新型的描述可知，相对于现有技术，本实用新型具有的如下有益效果：

1、通过设置脉冲发生模块使得使能端为高电平时，高电平信号经非门反向成低电平信号，并经过延时电路时使得与门的输出端输出延时脉冲信号，该延时脉冲信号用于启动交流接触线圈；通过设置峰值电流控制模块，使得使能端为高电平时，第一三极管截止，基准电压建立，当第一输入端的电流小于基准电流时比较器输出低电平，再与时钟发生器所产生的脉冲信号一起经锁存器产生低电平，再经过或非门产生高电平；当第一输入端的电流大于基准电流时，比较器产生高电平，再与时钟发生器产生的信号一起经锁存器产生高电平，再经过或非门产生低电平。通过设置或逻辑模块，将或逻辑模块的第一输入端与脉冲发生模块中与门的输出端连接，其第二输入端与峰值电流控制模块的或非门的输出端连接，使得当使能端由低电平转高电平时，控制单元的第一输出端输出一个延时的脉冲信号；当使能端为高电平，控制单元采集控制单元的第一输入端的电流，经过闭环控制，控制单元的第一输出端输出脉冲信号；通过将控制单元的第一输出端与MOS管的栅极连接，且将第一电容跨接于直流电源两端，使得交流电网发生电压暂降时，第一电容能够对交流线圈放电，且控制单元能够提供脉冲信号，以维持交流线圈吸合所需电流，使得交流线圈能够正常工作，且延长其工作的时长，直至电网的暂降电压恢复正常。

2、通过设置驱动放大单元，将驱动放大单元的第一输入端与控制单元的第一输出端连接，将驱动放大单元的第一输出端与MOS管的栅极连接，使得当使能端处于高电平，且控制单元的第一输入端的电流小于基极电流时，控制单元第一输出端所产生的脉冲信号能够经过该驱动放大单元将微弱的脉冲信号进行放大后再传送至MOS管的栅极，以使MOS管能够适应控制单元的第一输出端的脉冲信号。

3、由于电压暂降保护设备属于纯硬件电路，无需运放、电压电流的采样电路、单片机、供电电源等，因此该设备构造简单且降低了成本。

4、由于该设备无需软件人员的参与、无需编写软件和做软件相关方面的认证，因此可以加快其研发和投入市场的速度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为电压暂降保护设备的结构示意图；

图2为电压暂降保护设备中DC/DC变换单元的工作原理图；

图3为电压暂降保护设备中控制单元的工作原理图；

图4为电压暂降保护设备中驱动放大单元的工作原理图；

图5为电压暂降保护设备中控制单元的时序图。

主要附图标记说明：

EMI滤波单元1、单向整流滤波单元2、控制单元3、驱动放大单元4、DC/DC变换单元5、交流接触器KM、第一电容C1、MOS管Q0、第三二极管D3、第五电阻R5、使能端EN、控制单元第一输入端Is、控制单元第一输出端PWM、或门U32A、非门U30A、延时电路RCDELAY、与门U31A、第一三极管Q1、第二稳压二极管D2、第一电阻R1、比较器U33A、锁存器U34A、时钟发生器RCOSC、或非门U35A、驱动放大单元第一输入端PWM、驱动放大单元第一输出端PWM1、第二电阻R2、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第三电阻R3、第四电阻R4、第一稳压二极管D1。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本实用新型的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本实用新型实施例，本领域的普通技术人员在不作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”或“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸地固定连接、可拆卸地固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。

本实用新型的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。

参见图1，图1示出了一种电压暂降保护设备的结构示意图，其包括EMI滤波单元1、单相整流滤波单元2、控制单元3、驱动放大单元4及DC/DC变换单元5。

如图2所示，所述的DC/DC变换单元5包括第一电容C1、MOS管Q0、交流接触器KM、第三二极管D3及第五电阻R5，所述第一电容C1跨接于直流电源两端；所述交流接触器KM与MOS管Q0和第五电阻R5串联并跨接于第一电容C1两端；所述第三二极管D3的阴极与直流电源的正极连接，其阳极与MOS管Q0的漏极连接；所述控制单元的第一输入端Is与MOS管Q0的源极连接。

如图3所示，所述控制单元3包括使能端EN、控制单元第一输入端Is、控制单元第一输出端PWM、或逻辑模块、脉冲发生模块及峰值电流控制模块；

所述或逻辑模块包括或门U32A，所述或门U32A上设有或门U32A第一输入端、或门U32A第二输入端及或门U32A输出端；

所述脉冲发生模块包括非门U30A、延时电路RC DELAY及与门U31A；所述非门U30A的输入端与使能端EN连接，非门U30A的输出端与延时电路RC DELAY的输入端连接；所述延时电路RC DELAY的输出端与与门U31A的第二输入端连接，与门U31A的第一输入端与使能端EN连接，与门U31A的输出端与或逻辑模块的第一输入端连接；

所述峰值电流控制模块包括第一三极管Q1、第二稳压二极管D2、第一电阻R1、比较器U33A、锁存器U34A、时钟发生器RC OSC及或非门U35A；所述第一三极管Q1的基极与使能端EN连接，其发射极通过第一电阻R1连接基准电压、第二稳压二极管D2的阴极及比较器U33A的第一输入端，其集电极接地；所述第二稳压二极管D2的阳极接地；所述比较器U33A的第二输入端与控制单元的第一输入端Is连接；所述锁存器U34A的第二输入端与比较器U33A的输出端连接，所述锁存器U34A的第一输入端与时钟发生器RC OSC及或非门U35A的第一输入端连接；所述或非门U35A的第二输入端与锁存器U34A的输出端连接，所述或非门U35A的输出端与或逻辑模块的第二输入端连接；所述或逻辑模块的输出端与控制单元的第一输出端PWM连接。

如图4所示，所述驱动放大单元4包括驱动放大单元第一输入端PWM、驱动放大单元第一输出端PWM1、第二电阻R2、第二三极管Q2、第三三极管Q3、第三电阻R3、第四电阻R4及第一稳压二极管D1；所述第二电阻R2的一端与驱动放大单元第一输入端PWM、第二三极管Q2的基极及第三三极管Q3的基极连接，所述第二电阻R2的另一端与电源连接；所述第二三极管Q2的集电极与电源连接，其发射极与第三电阻R3的一端及第三三极管Q3的集电极连接；所述第三三极管Q3的发射极接地、第四电阻R4的一端及第一稳压二极管D1的阳极；所述第三电阻R3的另一端与第四电阻R4的另一端及第一稳压二极管D1的阴极及驱动放大单元第一输出端连接PWM1；所述驱动放大单元第一输入端PWM与控制单元第一输出端PWM连接，其中，所述驱动放大单元第一输出端PWM1与MOS管Q0的栅极连接。

所述的EMI滤波单元1与单相整流滤波单元2的连接，以将输入的单相交流经过EMI滤波单元1后以过滤单相交流中的高频干扰信号，经过单相整流滤波单元2后，以将交流电源转化成直流电源，并作为DC/DC变换单元5的输入端。

如图5所示，当脉冲发生模块使得使能端EN为高电平时即波形A，高电平信号经非门U30A反向成低电平信号，并经过延时电路RC DELAY，此时波形为B，使得与门U31A的输出端输出延时脉冲信号即波形C，该延时脉冲信号用于启动交流接触线圈。

此时在峰值电流控制模块中，第一三极管Q1截止，基准电压建立，当第一输入端的电流小于基准电流时，比较器U33A输出低电平，再与时钟发生器RC OSC所产生的脉冲信号一起经锁存器U34A产生低电平，再经过或非门U35A产生高电平即波形D；当第一输入端的电流大于基准电流时，比较器U33A产生高电平，再与时钟发生器RC OSC产生的信号一起经锁存器U34A产生高电平，再经过或非门U35A产生低电平。

此时在或逻辑模块中，由于或逻辑模块的第一输入端与脉冲发生模块中与门U31A的输出端连接，其第二输入端与峰值电流控制模块的或非门U35A的输出端连接，使得当使能端EN由低电平转高电平时，控制单元的第一输出端PWM输出一个延时的脉冲信号；当使能端EN为高电平，控制单元3采集控制单元的第一输入端Is的电流，经过闭环控制，控制单元的第一输出端PWM输出脉冲信号。

由于控制单元的第一输出端PWM与驱动放大单元的第一输入端PWM连接，驱动放大单元的第一输出端PWM1与MOS管Q0的栅极连接，使得当使能端EN处于高电平，控制单元第一输出端PWM所产生的脉冲信号能够经过该驱动放大单元4将微弱的脉冲信号进行放大后再传送至MOS管Q0的栅极，以使MOS管Q0能够适应控制单元的第一输出端PWM的脉冲信号。

当交流电网发生电压暂降时，第一电容C1对交流线圈放电，且控制单元提供脉冲信号以维持交流线圈吸合所需电流，使得交流线圈能够正常工作，且延长其工作的时长，直至电网的暂降电压恢复正常，此时交流接触器KM的线圈的电流波形为F,此保护设备属于纯硬件电路，无需运放、电流电压变化的采样电路、单片机、供电电源等，因此该设备构造简单且降低了成本；由于该设别无需软件人员的参与、无需编写软件和做软件相关方面的认证，因此可以加快其研发和投入市场的速度。

上述说明书和实施例的描述，用于解释本实用新型保护范围，但并不构成对本实用新型保护范围的限定。通过本实用新型或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本实用新型实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种电压暂降保护设备，其特征在于：包括第一电容、MOS管、控制单元及交流接触器；所述第一电容跨接于直流电源两端；所述交流接触器与MOS管串联并跨接于第一电容两端；所述控制单元包括使能端、控制单元第一输入端、控制单元第一输出端、或逻辑模块、脉冲发生模块及峰值电流控制模块；所述或逻辑模块包括或门，所述或门上设有或门第一输入端、或门第二输入端及或门输出端；所述脉冲发生模块包括非门、延时电路及与门；所述非门的输入端与使能端连接，非门的输出端与延时电路的输入端连接；所述延时电路的输出端与与门的第二输入端连接，与门的第一输入端与使能端连接，与门的输出端与或逻辑模块的第一输入端连接；所述峰值电流控制模块包括第一三极管、第一电阻、比较器、锁存器、时钟发生器及或非门；所述第一三极管的基极与使能端连接，其发射极通过第一电阻连接基准电压及比较器的第一输入端,其集电极接地；所述比较器的第二输入端与控制单元的第一输入端连接；所述控制单元的第一输入端与MOS管的源极连接；所述锁存器的第二输入端与比较器的输出端连接，所述锁存器的第一输入端与时钟发生器及或非门的第一输入端连接；所述或非门的第二输入端与锁存器的输出端连接，所述或非门的输出端与或逻辑模块的第二输入端连接；所述或逻辑模块的输出端与控制单元的第一输出端连接。

2.如权利要求1所述的一种电压暂降保护设备，其特征在于：还包括驱动放大单元，其包括驱动放大单元第一输入端、驱动放大单元第一输出端、第二电阻、第二三极管、第三三极管、第三电阻、第四电阻及第一稳压二极管；所述第二电阻的一端与驱动放大单元第一输入端、第二三极管的基极及第三三极管的基极连接，所述第二电阻的另一端与电源连接；所述第二三极管的集电极与电源连接，其发射极与第三电阻的一端及第三三极管的集电极连接；所述第三三极管的发射极接地、第四电阻的一端及第一稳压二极管的阳极；所述第三电阻的另一端与第四电阻的另一端及第一稳压二极管的阴极及驱动放大单元第一输出端连接；所述驱动放大单元第一输入端与控制单元第一输出端连接，所述驱动放大单元第一输出端与MOS管的栅极连接。